Десетилетия наред можехме само да си представим каква може да бъде гледката на повърхността на Плутон. Сега имаме истинското нещо.
Изображенията и данните от мисията на New Horizons на Плутон през юли 2015 г. ни показаха неочаквано зашеметяващ и геологически активен свят. Учените са използвали думи като „вълшебна“, „спираща дъха“ и „научна страна на чудесата“, за да опишат дългоочакваните гледки отблизо на далечен Плутон.
Въпреки че учените все още анализират данните от New Horizons, идеите започват да се формулират за изпращане на друг космически кораб до Плутон, но с дългосрочна орбитална мисия вместо бърз полет.
„Следващата подходяща мисия за Плутон е орбита, може би снабдена с кацател, ако разполагаме с достатъчно финансиране и за двете“, заяви главният изследовател на New Horizons Алън Стърн пред Space Magazine през март.
Тази седмица Стърн сподели в социалните медии, че научният екип на New Horizons се среща. Но отделно друга група започва да говори за евентуална следваща мисия до Плутон.
Някои сцени от работилницата „Плутон следват мисията“ в Хюстън вчера. #TheFutureIsBright # Back2Pluto #PlutoFlyby pic.twitter.com/wrLZztHL01
- AlanStern (@AlanStern) 25 април 2017 г.
Постигането на космически кораб до външните райони на нашата Слънчева система предоставя възможно най-бързи предизвикателства, особено в състояние да се забави достатъчно, за да може да излезе в орбита около Плутон. За бързите и леки Нови хоризонти орбитална мисия беше невъзможна.
Каква задвижваща система може да направи възможна орбитата на Плутон и / или кацане?
Няколко идеи се хвърлят наоколо.
Космическа система за изстрелване
Една концепция се възползва от голямата, нова система за изстрелване на космически космически кораби (NASS) на НАСА, която в момента се разработва, за да даде възможност на човешки мисии до Марс. НАСА описва SLS като „проектиран да бъде гъвкав и еволюиращ и ще отвори нови възможности за полезни товари, включително роботизирани научни мисии“. Дори първата версия на Block 1 може да изстреля 70 метрични тона (по-късните версии може да могат да вдигнат до 130 метрични тона.) Блок 1 ще се захранва от двойни петсегментни ракетни бустери и четири течни двигателни двигатели, с предложените 15% повече тяга при изстрелване от ракетите Сатурн V, изпратили астронавти на Луната.
Но мисията на орбитата в Плутон може би не е най-доброто използване само на SLS.
Необходими са много гориво, за да ускорите превозното средство до достатъчно бърза скорост, за да стигнете до Плутон за разумно време. Например, New Horizons беше най-бързият космически кораб, стартиран някога, като използваше супирана ракета Atlas V с допълнителни бустери, извърши голямо изгаряне, когато New Horizons излетя на орбита на Земята. Лекият космически кораб изскочи от Земята с 36 000 мили в час (около 58 000 км / час), след което използва гравитационна помощ от Юпитер, за да увеличи скоростта на Новите хоризонти до 52 000 мили в час (83 600 км / ч), изминавайки близо милион мили ( 1,5 милиона км на ден в своето пътуване с 3 милиарда мили (4,8 милиарда км) до Плутон. Полетът отне девет години и половина.
„За да влезе в орбита на Плутон, превозно средство [като SLS] ще трябва да увеличи до същата скорост, след което да се обърне и забави за половината път, за да стигне до Плутон с нетна скорост от нула спрямо планетата“, обясни Стивън Флеминг , инвеститор в няколко стартъпа на алт-пространството, включително XCOR Aerospace, Planetary Resources и NanoRacks. „За съжаление, поради тиранията на ракетното уравнение, ще трябва да носите цялото гориво / гориво, за да забавите скоростта си при изстрелването…, което означава да ускорите орбитата и цялото това гориво в началната фаза. Това изисква логаритмично повече гориво за първоначалното изгаряне и се оказва, че е много гориво. "
Флеминг каза на Space Magazine, че използвайки мултимилиарда SLS за изстрелване на орбита на Плутон, вие ще завършите изстрелването на цял полезен товар, пълен с гориво, само за да ускорите и забавите малък орбитър на Плутон.
„Това е изключително скъпа мисия“, каза той.
RTG-йонно задвижване
По-добър вариант може да бъде използването на задвижваща система от комбинирани технологии. Стърн спомена проучване на НАСА, което разглежда използването на SLS като изстрелващо превозно средство и за усилване на космическия кораб към Плутон, но след това използва йонно двигател RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator), за да спира по-късно в орбитално пристигане.
RTG произвежда топлина от естествения разпад на плутоний-238 без клас на оръжие и топлината се преобразува в електричество. RTG йонният двигател би бил по-мощна йонна задвижваща система от сегашния соларен електрически йонен двигател на космическия кораб „Зората“, който сега обикаля около Церера, в астероидния пояс, плюс това би позволил работа във външната слънчева система, далеч от Слънцето. Този ядрен двигател с йонни двигатели ще даде възможност на скоростния космически кораб да се забави и да излезе в орбита.
"SLS би ви засилил да излетите към Плутон", каза Стърн, "и всъщност ще са необходими две години, за да извършите спирането с йонно задвижване."
Стърн каза, че времето за полет за такава мисия до Плутон ще бъде седем години и половина, две години по-бързо от New Horizons.
Fusion Propulsion
Но най-вълнуващата опция може да бъде предложената мисия с плутонов орбитър и ландър с включено сливане, която понастоящем е в рамките на проучване от фаза 1 в Иновативните разширени концепции (NIAC) на НАСА.
Предложението използва двигател Direct Fusion Drive (DFD), който има задвижване и мощност в едно интегрирано устройство. DFD осигурява висока тяга, за да позволи време на полет от около 4 години до Плутон, плюс възможност за изпращане на значителна маса в орбита, може би между 1000 и 8000 кг.
DFD се базира на термоядрения реактор на Принцън Полево обърната конфигурация (PFRC), който се разработва от 15 години в Принстънската лаборатория по физика на плазмата.
Ако тази задвижваща система работи по план, тя би могла да изстреля орбитатор на Плутон и кацач (или евентуално ровер) и да осигури достатъчно мощност за поддържане на орбитър и всички негови инструменти, както и да излъчва много мощност към кацател. Това би позволило на наземното превозно средство да излъчи обратно видео към орбитата, тъй като ще има толкова много мощност, според Стефани Томас от Princeton Satellite Systems, Inc., която ръководи изследването на NIAC.
„Нашата концепция обикновено се приема като„ уау, това звучи наистина страхотно! Кога мога да го взема? ”, Каза Томас пред Space Magazine. Тя каза, че тя и нейният екип са избрали прототип на Плутон в орбита и мисия на кацане в своето предложение, защото това е чудесен пример за това какво може да се направи с термоядрена ракета.
Тяхната система за синтез използва малък линеен масив от соленоидни намотки, а тяхното гориво за избор е деутерий хелий 3, който има много слабо производство на неутрони.
„Тя пасва на космически кораб, тя пасва на ракетостроене“, обясни Томас в разговор на симпозиума на NIAC (разговорът й започва около 17:30 в свързаното видео). „Няма литий или други опасни материали, той произвежда много малко вредни частици. Става дума за размера на миниван или малък камион. Нашата система е по-евтина и по-бърза за развитие от други предложения за синтез. “
Екипът на Принстън успя да произведе 300 милисекундни импулси с експеримента си с плазмено нагряване, с порядък по-добър от който и да е друг.
"Най-голямото препятствие е самото сливане", каза тя. „Трябва да изградим по-голям експеримент, за да завършим доказването на новия метод на отопление, който ще изисква порядък повече ресурси, отколкото проектът е получавал от Министерството на енергетиката досега“, каза Томас по имейл. „Въпреки това той все още е малък в голямата схема на проекти за модерни технологии, около 50 милиона долара.“
Томас каза, че DARPA е похарчил много повече за много технологични инициативи, които в крайна сметка са отменени. Освен това е много по-малко, отколкото другите технологии за синтез изискват за същия етап на изследване, тъй като нашата машина е толкова малка и има проста конфигурация на бобината. " (Томас каза, разгледайте бюджета за ITER, международния мегапроект за ядрен синтез и инженеринг, който в момента работи над 20 милиарда долара).
„Казано по-просто, ние знаем, че нашият метод нагрява електроните наистина добре и може да екстраполира до нагряване на йони, но трябва да го изградим и докажем“, каза тя.
Понастоящем Томас и нейният екип работят по технологията „баланс на растенията“ - подсистемите, които ще са необходими за работа на двигателя в космоса, като се предполага, че методът на отопление работи както е предвидено в момента.
По отношение на самата мисия на Плутон, Томас каза, че няма никакви конкретни препятствия на самия орбитър, но ще включва мащабиране на няколко технологии, за да се възползвате от много голямото количество мощност, като например оптичните комуникации.
„Бихме могли да отделим десетки или повече kW мощност на комуникационния лазер, а не 10 вата [като настоящите мисии]“, каза тя. „Друга уникална особеност на нашата концепция е да можем да излъчваме много мощност към земя. Това ще даде възможност за нови класове планетарни научни инструменти като мощни тренировки. Технологията за това съществува, но специфичните инструменти трябва да бъдат проектирани и изградени. Допълнителна технология, която ще бъде в процес на развитие в различни индустрии са леки космически радиатори, свръхпроводни проводници от ново поколение и дългосрочно криогенно съхранение на деутериевото гориво. "
Томас каза, че изследванията им в NIAC вървят добре.
„Ние бяхме избрани за проучване на фаза II на NIAC и сега сме в преговори за договор“, каза тя. „Ние сме заети да работим върху модели с по-висока точност на тягата на двигателя, да проектираме компоненти на траекторията и да оразмеряваме различните подсистеми, включително свръхпроводящи бобини“, каза тя. „Нашите сегашни оценки са, че един двигател с мощност от 1 до 10 MW ще произведе тласък между 5 и 50 N, при специфичен импулс около 10 000 секунди.“
Лазерно заплитане към Плутон
Друга футуристична възможност за задвижване са лазерно базирани системи, предложени от Юрий Милнър за неговото предложение за пробив на Starshot, където малки кубзати могат да бъдат затворени от лазери на Земята, в основата на космически кораб „бъг защипване“, за да достигнат невероятни скорости (вероятно милиони мили / км в час ) да посетите външната слънчева система или извън нея.
„Не е наистина в картите да използваме този вид технологии, защото трябва да чакаме десетилетия, само за да се развие това“, каза Стърн. „Но ако можете да изпратите лек, евтин космически кораб със скорост като една десета от скоростта на светлината на базата на лазери от Земята. Бихме могли да изпратим тези малки космически кораби до стотици или хиляди обекти в поясите на Койпер, а вие ще бъдете там за два и половина дни. Можете да изпращате космически кораб покрай Плутон всеки ден. Това наистина би се променила играта. "
Реалистичното бъдеще
Но дори и всички да са съгласни, че трябва да се извърши орбита на Плутон, най-ранната възможна дата за такава мисия е някъде между началото на 2020-те и началото на 2030-те. Но всичко зависи от препоръките, направени от следващото десетилетие на научната общност, което ще предложи най-приоритетните мисии за Отдела за планетарни науки на НАСА.
Тези десетилетни проучвания са 10-годишни „пътни карти“, които определят приоритетите на науката и дават насоки къде НАСА трябва да изпраща космически кораби и какви видове мисии трябва да бъдат. Последното десетилетно проучване е публикувано през 2011 г. и това определя приоритетите на планетарните науки през 2022 г. Следващото, за 2023-2034 г., вероятно ще бъде публикувано през 2022 г.
Мисията „Нови хоризонти“ беше резултат от предложенията от Декадното проучване на планетарната наука от 2003 г., където учените казват, че посещението на системата Плутон и светове отвъд е приоритетна дестинация.
Така че, ако мечтаете за орбита на Плутон, продължете да говорите за това.
